一種等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，包括垂直設置的H型鋼柱，和連接在其側部的H型鋼梁，所述H型鋼柱由H型鋼柱的腹板及垂直連接在其兩端部的H型鋼柱側翼板構成H型鋼柱主框架，沿所述H型鋼柱的腹板兩側分別上下平行分布有兩塊加強筋板；所述H型鋼梁由H型鋼梁腹板及垂直連接在其兩端部的H型鋼梁側翼板構成H型鋼梁主框架，H型鋼梁主框架連接在所述H型鋼柱其中一塊H型鋼柱側翼板側壁上。該類節(jié)點形式可以在保持承載力降低不明顯的情況下，將塑性鉸外移使其具有良好的延性破壞特征，可以有效避免節(jié)點區(qū)發(fā)生脆性破壞，尤其適用于震后結構的加固改造。
【專利說明】一種等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼結構梁柱節(jié)點，尤其涉及一種應用在結構工程【技術領域】中的特別適用于多高層鋼結構的梁柱節(jié)點。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代化城市人口的大量聚集和經(jīng)濟的高速發(fā)展，鋼結構由于其自身具有自重輕、強度高、抗震性能好、建筑可利用空間大、施工方便、環(huán)保以及綜合經(jīng)濟指標好等諸多優(yōu)點，從而在鋼結構工程中得到了最為廣泛的應用，成為建筑結構(尤其是多高層建筑結構)常用的結構形式之一。梁柱節(jié)點連接作為鋼框架的關鍵部位，將梁與柱連成整體，可有效地傳遞重力、風載等外部荷載；在強烈地震作用下，梁端和節(jié)點域產(chǎn)生塑性變形，形成塑性鉸，可有效地吸收和耗散地震能量，梁柱節(jié)點的連接性能會直接影響框架結構在荷載作用下的整體行為，其合理設計成為鋼框架結構設計的一個重要環(huán)節(jié)。在多高層鋼結構框架中，典型的梁柱連接是梁翼緣與柱焊接、腹板與柱采用高強螺栓連接。然而直到1994年美國加州的北嶺地震和1995年日本的阪神地震發(fā)生前，工程界普遍認為這種傳統(tǒng)的剛性節(jié)點無論在結構強度方面，還是在結構延性方面都具有良好的性能，而這兩次大地震中傳統(tǒng)鋼框架梁柱剛性焊接節(jié)點由于其延性較差、殘余應力大，很多都發(fā)生嚴重的脆性破壞。為了吸取地震災害的經(jīng)驗和教訓，國內外學者對美國北嶺地震和日本阪神地震作了大量的事故分析與研究，在此基礎上提出許多改進措施:連接部位加強、梁截面削弱、端部采用扇形構造等。但這些節(jié)點并非理想節(jié)點形式:加強型節(jié)點為滿足“強柱弱梁”需加大柱截面，勢必造成不經(jīng)濟；削弱型節(jié)點存在梁截面的強度不能得到充分發(fā)揮的缺點且容易引起梁削弱處翼緣和腹板的局部穩(wěn)定問題，同時承載力降低會加大結構的側向變形。

【發(fā)明內容】

[0003]為避免上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種特別適合于多高層鋼結構的梁柱節(jié)點形式，即蓋板加強型節(jié)點與腹板開孔削弱型節(jié)點并用的新型梁柱節(jié)點。該類節(jié)點形式可以在保持承載力降低不明顯的情況下，將塑性鉸外移使其具有良好的延性破壞特征，可以有效避免節(jié)點區(qū)發(fā)生脆性破壞，尤其適用于震后結構的加固改造。
[0004]本發(fā)明的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實施例提供的一種等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，包括垂直設置的H型鋼柱，和連接在其側部的H型鋼梁，所述H型鋼柱由H型鋼柱的腹板及垂直連接在其兩端部的H型鋼柱側翼板構成H型鋼柱主框架，沿所述H型鋼柱的腹板兩側分別上下平行分布有兩塊加強筋板；所述H型鋼梁由H型鋼梁腹板及垂直連接在其兩端部的H型鋼梁側翼板構成H型鋼梁主框架，H型鋼梁主框架連接在所述H型鋼柱其中一塊H型鋼柱側翼板側壁上。
[0006]優(yōu)選地，與所述H型鋼柱側翼板側壁相連的還包括設在H型鋼梁上下端部H型鋼梁側翼板外側的兩塊加強板。
[0007]優(yōu)選地，與所述H型鋼柱側翼板側壁相連的還包括設在H型鋼梁上下端部H型鋼梁側翼板內側的墊板。
[0008]優(yōu)選地，與所述H型鋼柱側翼板側壁相連的還包括設在H型鋼梁中部H型鋼梁腹板上的兩塊加強連接板。
[0009]優(yōu)選地，與所述H型鋼柱側翼板側壁相連的兩塊H型鋼梁頂翼板分別與H型鋼柱上的兩塊加強筋板相對應在一個水平面上。
[0010]優(yōu)選地，所述H型鋼梁腹板上設有開孔，開孔中心距H型鋼柱側翼板柱邊距離D和開孔削弱半徑R應同時滿足:D-R≥200mm。
[0011]優(yōu)選地，所述加強板的長度小于H型鋼梁側翼板的長度，且加強板的長度L滿足L=D-R。
[0012]優(yōu)選地，所述開孔削弱半徑R取值為(0.15~0.3)db，其中，db為H型鋼梁截面的高度。
[0013]優(yōu)選地，所述H型鋼梁主框架的長度小于所述H型鋼柱側翼板的長度；所述H型鋼梁側翼板內側的墊板的長度長于H型鋼梁側翼板的長度。
[0014]優(yōu)選地，所述H型鋼梁側翼板與所述H型鋼梁腹板利用全熔透焊縫進行連接；所述H型鋼柱側翼板上下分別與加強板進行三面圍焊，所述加強板與H型鋼柱側翼板利用全熔透焊縫進行連接。
[0015]與現(xiàn)有技術相比 ，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016]1、可以有效解決傳統(tǒng)梁柱連接節(jié)點延性不足、易發(fā)生脆性破壞的問題；
[0017]2、可以解決削弱型節(jié)點梁截面的強度不能得到充分發(fā)揮及承載力降低會加大結構的側向變形的問題；
[0018]3、可以解決加強型節(jié)點為滿足“強柱弱梁”需加大柱截面，造成的不經(jīng)濟問題；
[0019]4、與傳統(tǒng)栓焊混接的梁柱節(jié)點相比，破壞集中在梁腹板開孔附近；
[0020]5、在基本不改變框架梁柱節(jié)點強度與剛度的前提下實現(xiàn)節(jié)點處塑性鉸外移，避免節(jié)點的脆性破壞；
[0021]6、連接節(jié)點施工比較方便,施工質量易于控制；
[0022]7、梁端部腹板作扇形開孔，可有效解決端部焊接引起的應力集中問題；
[0023]8、可根據(jù)應用要求調整蓋板的長度及梁腹板開孔半徑大小以使得結構安全可靠，破壞狀態(tài)理想。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1的立面圖。
[0025]圖2為實施例1的正視圖。
[0026]圖3為實施例1的右視圖。
[0027]圖4為實施例1幾何參數(shù)確定圖。
[0028]圖中:1-H型鋼柱；2-H型鋼柱側翼板；3-H型鋼梁；4_腹板；5_加強筋板a ;6_加強筋板b ;7_加強板a ;8-H型鋼梁頂側翼板；9-H型鋼梁腹板；10_H型鋼梁底側翼板；11_加強連接板；12_加強板b ;13_墊板。
【具體實施方式】[0029]下面結合附圖和實施例對本說明作進一步說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，包括垂直設置的H型鋼柱1，和連接在其側部的H型鋼梁3，其中:H型鋼柱I由H型鋼柱的腹板4及垂直連接在其兩端部的H型鋼柱側翼板2構成H型鋼柱主框架，沿H型鋼柱的腹板4兩側分別上下平行分布有兩塊加強筋板，即上加強筋板a5和下加強筋板b6 ；H型鋼梁3由H型鋼梁腹板9及垂直連接在其兩端部的H型鋼梁頂側翼板8和H型鋼梁底側翼板10構成H型鋼梁主框架，H型鋼梁主框架的H型鋼梁腹板9、H型鋼梁頂側翼板8和H型鋼梁底側翼板10連接在H型鋼柱I其中一塊H型鋼柱側翼板2側壁上。H型鋼梁腹板9與所述H型鋼柱側翼板2連接端經(jīng)一與H型鋼梁腹板9相貼合的加強連接板11經(jīng)焊接實現(xiàn)連接。
[0031]圖1結合圖2所示，與H型鋼柱側翼板2側壁相連的還包括設在H型鋼梁3上H型鋼梁頂側翼板8上端部的加強板a7和H型鋼梁底側翼板10下端部的加強板bl2，與H型鋼柱側翼板2側壁相連的還包括設在H型鋼梁3上下端部H型鋼梁側翼板內側的墊板13，與H型鋼柱側翼板2側壁相連的還包括設在H型鋼梁3中部H型鋼梁腹板9上的兩塊加強連接板11。
[0032]如圖2所示，H型鋼梁3上，與H型鋼柱側翼板2側壁相連的H型鋼梁頂側翼板8和H型鋼梁底側翼板10分別與H型鋼柱I上的加強筋板a5和下加強筋板b6相對應在一個水平面上。并且，在H型鋼梁3的H型鋼梁腹板9上設有安裝上下墊板13的扇形開口。為了減輕H型鋼梁3的重量，在H型鋼梁腹板9上設有開孔。
[0033]如圖3所示，在本結構中，連接在H型鋼柱側翼板2側壁的H型鋼梁3主框架整體的長度小于H型鋼柱側翼板2的長度；H型鋼梁頂側翼板8和H型鋼梁底側翼板10內側的墊板13的長度分別長 于H型鋼梁側翼板的長度；加強板a7和加強板bl2的長度分別小于H型鋼梁頂側翼板8和H型鋼梁底側翼板10的長度。
[0034]在本結構中，H型鋼梁側翼板3與H型鋼梁腹板9利用全熔透焊縫進行連接；H型鋼柱側翼板2上下分別與加強板a7、加強板bl2進行三面圍焊，加強板與H型鋼柱側翼板2利用全熔透焊縫進行連接。H型鋼梁腹板9上下扇形開口并在H型鋼梁頂側翼板8下方及H型鋼梁底側翼板10上方有墊板13便于施焊，H型鋼梁頂側翼板8、H型鋼梁底側翼板10與H型鋼柱側翼板2利用全熔透焊縫進行連接。H型鋼梁側翼板8分別與一加強板a7進行三面圍焊，H型鋼梁底側翼板10上下分別與一加強板bl2進行三面圍焊，加強板與所述H型鋼柱側翼板2利用全熔透焊縫進行連接。
[0035]本發(fā)明等強節(jié)點的施工工藝簡單。具體設計時，首先應根據(jù)梁、柱截面尺寸按下述方法a確定合適的開孔中心距柱邊距離D，然后再結合所述方法b得到合適的削弱半徑R，最后按確定好的開孔中心距柱邊距離D和削弱半徑R求出加強板a7和加強板bl2的長度L，加強板厚度及寬度按構造要求確定，設計過程簡單方便，具體見圖4所示。
[0036]方法a、開孔中心距柱邊距離D的確定:對于等強節(jié)點，其開孔中心距柱邊距離D的取值為(0.5~2)1^，1^為梁翼緣寬度。隨著開孔中心距離柱邊距離的增加，為保證削弱截面最先破壞，削弱半徑R應逐漸增大，但削弱半徑R過大會造成削弱區(qū)域的局部屈曲或截面抗剪強度不足而發(fā)生脆性破壞。因此，R與D值均應有一定的限定范圍，當R—定時，為保證削弱截面最先破壞，D的取值也應在一定范圍。綜上，開孔中心距柱邊距離D和削弱半徑R還應同時滿足:D-R≥200mm。[0037]方法b、削弱半徑R的確定:當開孔中心距柱邊距離D —定時，開孔半徑R的最小值由削弱處腹板的抗剪強度決定，開孔半徑R的最大值由削弱截面先于梁端破壞決定。對于等強節(jié)點，其開孔半徑R的合理取值為(0.15?0.3)db，db為梁截面的高度。
[0038]加強板尺寸的確定:蓋板長度L按公式L = D-R確定，加強板厚度及寬度滿足規(guī)范構造要求即可。
[0039]該結構在應用中可以有效防止發(fā)生脆性破壞，具有良好的延性破壞特征；還可以為多高層鋼框架結構的震后加固提供有效便捷的措施。因此，可廣泛應用在結構工程【技術領域】中的特別適用于多高層鋼結構的梁柱節(jié)點。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，包括垂直設置的H型鋼柱(1)，和連接在其側部的H型鋼梁(3)，其特征在于:所述H型鋼柱(I)由H型鋼柱的腹板(4)及垂直連接在其兩端部的H型鋼柱側翼板(2)構成H型鋼柱主框架，沿所述H型鋼柱的腹板(4)兩側分別上下平行分布有兩塊加強筋板；所述H型鋼梁(3)由H型鋼梁腹板(9)及垂直連接在其兩端部的H型鋼梁側翼板構成H型鋼梁主框架，H型鋼梁主框架連接在所述H型鋼柱(I)其中一塊H型鋼柱側翼板(2)側壁上。
2.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:與所述H型鋼柱側翼板(2)側壁相連的還包括設在H型鋼梁(3)上下端部H型鋼梁側翼板外側的兩塊加強板。
3.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:與所述H型鋼柱側翼板(2)側壁相連的還包括設在H型鋼梁(3)上下端部H型鋼梁側翼板內側的墊板(13)。
4.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:與所述H型鋼柱側翼板⑵側壁相連的還包括設在H型鋼梁(3)中部H型鋼梁腹板(9)上的兩塊加強連接板(11)。
5.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:與所述H型鋼柱側翼板(2)側壁相連的兩塊H型鋼梁頂翼板分別與H型鋼柱(I)上的兩塊加強筋板相對應在一個水平面上。
6.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:所述H型鋼梁腹板(9)上設有開孔，開孔中 心距H型鋼柱側翼板⑵柱邊距離D和開孔削弱半徑R應同時滿足:D-R ^ 200mm。
7.根據(jù)權利要求6所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:所述加強板的長度小于H型鋼梁側翼板的長度，且加強板的長度L滿足L = D-R0
8.根據(jù)權利要求6所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:所述開孔削弱半徑R取值為(0.15~0.3)db，其中，db為H型鋼梁(3)截面的高度。
9.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:所述H型鋼梁主框架的長度小于所述H型鋼柱側翼板(2)的長度； 所述H型鋼梁側翼板內側的墊板(13)的長度長于H型鋼梁側翼板的長度。
10.根據(jù)權利要求1所述的等強耗能鋼結構梁柱節(jié)點，其特征在于:所述H型鋼梁側翼板與所述H型鋼梁腹板(9)利用全熔透焊縫進行連接；所述H型鋼柱側翼板(2)上下分別與加強板進行三面圍焊，所述加強板與H型鋼柱側翼板(2)利用全熔透焊縫進行連接。
【文檔編號】E04B1/58GK103981954SQ201410241059
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】鄭山鎖, 徐強, 田進, 韓言召, 王曉飛, 張曉輝, 程洋, 孫樂斌 申請人:西安建筑科技大學